In questo articolo esploreremo i diversi metodi di valutazione del parametro Gmax, tra cui:
- Illustrare il motivo per cui è necessario valutare questo parametro chiave
- Spiegare il metodo di prova di valutazione standard
- Esplorare i dettagli del metodo di prova con Bender Element
- Illustrare la configurazione tipica dei Bender Element con un sistema triassiale
- Presentare i vantaggi del nuovo sistema Bender Element di Wykeham Farrance
Uno dei ruoli importanti di un ingegnere geotecnico è quello di prevedere il comportamento del terreno e l’interazione con la struttura del terreno a seguito di terremoti, esplosioni o vibrazioni di macchinari e traffico, al fine di migliorare la sicurezza delle infrastrutture costruite.
Per fare questo, gli ingegneri devono eseguire un’analisi dinamica a basse deformazioni, necessaria per una serie di applicazioni geotecniche. Uno dei suoi parametri chiave è la valutazione del modulo di taglio iniziale o massimo del terreno Gmax, normalmente associato a livelli di deformazione al taglio di circa 0,001% e inferiori.
Metodo standard
Di solito, il metodo standard per valutare questo parametro consiste nell’eseguire una prova di colonna risonante. Il metodo consiste nell’eccitare dinamicamente la sommità di un provino cilindrico di terreno vincolato alla base con un motore elettrico che genera forze torsionali. La modalità fondamentale di vibrazione viene determinata dal movimento massimo; la frequenza di risonanza, la velocità dell’onda di taglio S-Wave e il modulo dell’onda di taglio vengono calcolati utilizzando la teoria dell’elasticità. La corrispondente deformazione di taglio viene quindi calcolata dall’ampiezza del movimento.
C’è un altro modo..
Grazie alle ricerche condotte dalle università, l’industria delle prove di meccanica delle terre ha sviluppato una soluzione più semplice, veloce ed economica che funziona con un sistema triassiale e misura il modulo di taglio massimo Gmax: il sistema Bender Element.
Cos’è il sistema Bender Element?
Il sistema Bender Element è costituito da un trasmettitore e da un ricevitore piezoceramici, che vengono eccitati per produrre le onde di taglio attraverso il campione di terreno. Il tempo di percorrenza dell’onda di taglio dal trasmettitore al ricevitore viene determinato mediante un software specifico che consente all’utente di calcolare la velocità dell’onda di taglio in modo rapido e semplice. L’applicazione della teoria sulla propagazione delle onde di taglio in un corpo elastico indica che il valore del modulo di taglio Gmax del terreno dalla misura della velocità delle onde di taglio Vs è dato da:
Gmax = ρ – Vs²
dove ρ è la densità di massa del campione di terreno.
Come funzionano gli elementi piezoceramici Bender Element?
Il Bender Element piezoceramico è un trasduttore elettromeccanico che converte l’energia meccanica (movimento) in o da energia elettrica.
Il singolo Bender Element è costituito da due sottili piastre piezoceramiche, collegate rigidamente tra loro con superfici conduttrici tra loro e sui bordi esterni.
La polarizzazione del materiale ceramico in ciascuna piastra e le connessioni elettriche sono tali che quando viene applicata una tensione di pilotaggio all’elemento, una piastra si allunga e l’altra si accorcia.
Il risultato netto è uno spostamento di flessione, di entità maggiore rispetto alla variazione di lunghezza di uno dei due strati.
In altri termini, quando il Bender Element viene forzato a piegarsi, uno strato entra in tensione e l’altro in compressione: ciò si traduce in un segnale elettrico che può essere misurato.
In che modo un sistema di Bender Element può essere abbinato a un sistema triassiale?
Nelle applicazioni di meccanica del suolo, i Bender Element sono montati in inserti fissati nel piedistallo e nella testina superiore di una cella triassiale. Essi sporgono sul bordo del provino di terreno e agiscono come una mensola.
Quando viene eccitato, il Bender Element si piega da un lato all’altro, spingendo il terreno in una direzione perpendicolare alla lunghezza dell’elemento, generando così un grande fattore di accoppiamento con il terreno.
Ciò produce un’onda di taglio che si propaga parallelamente alla lunghezza dell’elemento nel campione di terreno.
All’altra estremità del campione di terreno, un altro Bender Element è costretto a piegarsi producendo un segnale elettrico misurabile.
Che dire del nuovo sistema intergrato Bender Element di Wykeham Farrance?
Il nostro innovativo sistema automatico è composto da un’unica unità di controllo master per il condizionamento del segnale, il cervello del sistema, che comprende:
- un generatore di forme d’onda
- un’interfaccia analogico-PC
- un software oscilloscopio virtuale
- tutti i cavi di collegamento
I Bender Element sono eccitati da un generatore di segnali a forma d’onda (sistema di alimentazione e misurazione). Il segnale elettrico in uscita viene convertito in digitale, trasmesso al PC tramite un’interfaccia ed elaborato con il software dell’oscilloscopio virtuale.
Il sistema può stimare automaticamente il modulo di taglio Gmax applicando algoritmi specifici. Inoltre, l’utente può anche valutare manualmente questo parametro, lasciando la massima flessibilità nell’interpretazione dei dati.
Il nuovo sistema, inoltre, consente di misurare l’onda P longitudinale e di conseguenza il modulo longitudinale o il modulo vincolato Mmax
In conclusione, quali sono i principali vantaggi del nostro nuovo sistema Bender Element?
- Facile da installare in un sistema triassiale
- Rapido ed economico: un sistema Bender Element consente di stimare il modulo di taglio massimo Gmax evitando l’uso di apparecchiature più complesse come il sistema a colonna risonante
- Il nuovo design compatto dell’unità di condizionamento del segnale master che comprende generatore di forme d’onda, interfaccia analogico-PC, software oscilloscopio virtuale
- Software di facile utilizzo che consente la stima automatica di Gmax
- Possibilità di misurare la velocità dell’onda P e il modulo longitudinale/costretto Mmax
Se avete dubbi o domande sull’uso e l’applicazione del sistema Bender Element, non esitate a mettervi in contatto con noi e a visitare la pagina web Bender Element.
